图4-1 机械搅拌通风发酵罐结构
4.1 机械搅拌通风发酵罐
下面对此类型发酵罐的主要部件加以说明。 1．罐体 罐体由罐身、罐顶、罐底组成，罐身为圆柱体，中大型 发酵罐罐顶、罐底和小型发酵罐罐底多采用椭圆形或碟形封 头通过焊接和罐身连接，而小型发酵罐罐顶却多采用平板盖 和罐身用法兰连接。罐顶装设视镜及灯镜、进料管、补料管、 排气管、接种管、压力表接管和快开手孔或快开人孔。罐身 上设有冷却水进出管、进空气管、温度计和检测仪表接口管。 取样管可装在罐侧或罐顶，视操作方便而定。
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图4-3 螺旋浆式搅拌器
4.1 机械搅拌通风发酵罐
为了克服搅拌器运转时液体产生的涡流，将径向流改 变为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶氧速率，通常在 发酵罐内壁须装设挡板。通常设4～6块挡板，其宽度为 0．1～0．12D，可满足全挡板条件。所谓“全挡板条件” 是指在一定转速下，再增加罐内附件，轴功率仍保持不变。
4.1 机械搅拌通风发酵罐
1－轴封；2、20－人孔；3－梯； 4－联轴节；5－中间轴承；6－温度计接口； 7－搅拌叶轮；8－进风管；9－放料口； 10－底轴承；11－热电偶接口；12－冷却管； 13－搅拌轴；14－取样管；15－轴承座； 16－传动皮带；17－电机；18－压力表； 19－取样口；21－进料口；22－补料口； 23－排气口；24－回流口；25－视镜
4.1 机械搅拌通风发酵罐
图4-2 蜗轮搅拌器
4.1 机械搅拌通风发酵罐
（2）螺旋浆式搅拌器 它在罐内将液体向下或向上推 进，形成轴向的螺旋运动，其混合效果较好，但造成的剪 率较低。螺旋浆式搅拌器一般为 4～6片宽叶，投影覆盖率 可达90％。国内外较典型的螺旋浆式搅拌器有ProChem公司 的MaxFlo，Lightnin公司的A315搅拌器，结构如图4-3。 A315特别适合于气一液传质过程，在直径大于lm的实验装 置中，同样的输入功率下，A315桨的持气量比Rushton涡轮 高80％，剪切力仅为Rushton涡轮的 25％，产量提高10 ％～50％。
挡板的高度自液面起至罐底止，挡板与罐壁之间的距 离为（1／5—1／8）W，以避免形成死角，防止物料与菌体 堆积。经验表明，竖立的蛇管、列管、排管，也可以起挡 板作用。
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3．联轴器及轴承 大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，用联轴器连 接。常用的联轴器有鼓形和夹壳形两种。小型发酵罐搅拌轴 可用法兰连接，轴的连接应垂直，中心线对正。为了减少震 动，大中型发酵罐应装有可调节的中间轴承或底轴承，中间 轴承或底轴承的水平位置应能适当调节。罐内轴承不能加润 滑油，轴瓦材料采用液体润滑的石棉酚醛塑料和聚四氟乙烯。 为了防止轴颈磨损，可以在与轴承接触处的轴上增加一个轴 套。
4.1 机械搅拌通风发酵罐
2．搅拌器和档板 搅拌器的主要作用是混合和传质，即使通人的空气分散 成气泡并与发酵液充分混合，使气泡细碎以增大气一液界面， 来获得所需要的溶氧速率，并使生物细胞均匀分散于发酵体 系中，以维持适当的气一液一固（细胞）三相的混合与质量 传递，同时强化传热效果。发酵罐采用的搅拌器主要有涡轮 搅拌器和螺旋浆式搅拌器。
4.1 机械搅拌通风发酵罐
（1）蜗轮搅拌器 Rushton涡轮是最典型的涡轮搅拌器， 如图4-2所示，其结构比较简单，通常是一个圆盘上面带有 六个平直叶片。当用它把气体分散于低黏流体时，在每片桨 叶的背面都有一对高速转动的旋涡，旋涡内负压较大，从叶 片下部供给的气体立即被卷入旋涡，形成气体充填的空穴， 称为气穴。气穴的存在严重影响发酵罐内的气一液传质，使 Rushton蜗轮的泵送能力大大降低。为了改进Rushton涡轮搅 拌器的不足，Smith等提出采用弯曲叶片的概念。弯曲叶片 可使其背面的旋涡减小，抑制叶片后方气穴的形成，提高载 气能力。
4.1 机械搅拌通风发酵罐
现将端面机械轴封的基本构件讨论如下： （1）动环和静环 动环和静环组成的摩擦副是端面机 械轴封最重要的元件，为此，动、静环材料均要有良好的耐 磨性，摩擦系数小，导热性能好，结构紧密，空隙率小，且 动环的硬度应比静环大。 （2）弹簧加荷装置 此装置的作用是产生压紧力，使 动、静环端面压紧密切接触，以确保密封。弹簧座靠旋紧的 螺钉固定在轴上，用以支撑弹簧，传递扭矩。 （3）辅助密封元件 辅助密封元件有动环和静环的密 封圈，用来密封动环与轴以及静环与静环座之间的缝隙。
4.1 机械搅拌通风发酵罐
4．轴封 轴封的作用是密封罐顶或罐底与轴之间的缝隙，防止泄 漏和染菌。大型发酵罐常用的轴封为端面机械轴封，结构如 图4-4所示。对于密封要求较高的情况，可选用双端面机械轴 封。 端面机械轴封是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）的压力 使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并做 相对转动而达到密封。
生物工程设备
第四章 通风发酵设备
通风发酵Байду номын сангаас备
4.1 机械搅拌通风发酵罐 4.2 通风固相发酵设备 4.3 其他类型的通风发酵罐
通风发酵设备
通风发酵设备是需氧生化反应的最基础设备，应具有良 好传质和传热性能，结构严密，防杂菌污染，培养基流动与 混合良好，良好的检测与控制，设备较简单，方便维护检修， 能耗低等特点。常用的通风发酵罐有机械搅拌式、气升环流 式和自吸式等，其中机械搅拌通风发酵罐仍占据着主导地位。
4.1 机械搅拌通风发酵罐
机械搅拌通风发酵罐又称为通用式发酵罐。它是利用机 械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，促使氧在发酵 液中溶解，以供给微生物生长繁殖、发酵需要的氧气。
4.1.1 机械搅拌通风发酵罐的结构
机械搅拌通风发酵罐主要部件有罐体、搅拌器、挡板、 联轴器和轴封、空气分布器、传动装置、冷却装置、消泡器、 人孔、视镜等，大型机械搅拌通风发酵罐结构如图4-1所示。
4.1 机械搅拌通风发酵罐
1－弹簧； 2－动环； 3－堆焊硬质合金； 4－静环； 5－“O”形圈
图4-4 端面机械轴封
4.1 机械搅拌通风发酵罐
端面机械轴封的优点是：（1）清洁；（2）密封可靠， 在一个较长的使用周期中，不会泄漏或很少泄漏；（3）无死 角，可以防止杂菌感染；（4）使用寿命长，质量好的可用 2～5年不需要维修；（5）摩擦功率耗损小；（6）轴或轴套 不受磨损；（7）对轴的精度和光洁度要求不很严格，对轴的 震动敏感性小。缺点是：结构比较复杂，装拆不便，对动环 和静环的表面光洁度及平直度要求高。